A escassez de recursos hídricos tem se tornado uma preocupação global para a sustentabilidade agrícola, especialmente em regiões semiáridas. Nesse contexto, o desenvolvimento e a implementação de estratégias de manejo são essenciais para a produtividade de culturas. O presente estudo partindo da hipótese que a suplementação com nanosílica (nSi) ativa o sistema de defesa antioxidante e vias associadas ao ajuste osmótico para aclimatação de plantas de cana-de-açúcar ao déficit hídrico. A hipótese foi testada em ensaios conduzidos sob condições de campo, simulando uma lavoura comercial. O delineamento experimental foi em blocos casualizados, em parcelas subsubdivididas (2 × 2 × 2), com quatro repetições. Os fatores avaliados incluíram dois regimes hídricos [80% (controle) e 40% (déficit hídrico) da capacidade de campo - CC], duas doses de nSi via fertirrigação (0 e 2,0 mM Si) e duas cultivares de cana-de-açúcar (RB867515 e RB027040). A coleta foi realizada após 140 dias da imposição dos tratamentos de estresse hídrico. O Capítulo 1 apresenta o estado da arte da temática de pesquisa. Já o Capítulo 2 contempla os ensaios de crescimento, trocas gasosas, status hídrico, pigmentos fotossintéticos e tolerância relativa ao estresse. Os dados revelaram que, a nSi aliviou os danos do estresse na cultivar RB027040, com incrementos significativos na massa fresca e seca, que impactou positivamente no aumento da tolerância relativa ao estresse. A suplementação com nSi também aumentou a fotossíntese líquida de ambas as cultivares sob estresse e a condutância estomática da cultivar RB027040. Os dados sugerem que plantas tratadas com nSi apresentam alta eficiência fotossintética que resulta no maior acúmulo de biomassa e tolerância ao estresse. No Capítulo 3 foram investigados mecanismos antioxidantes e teores de solutos orgânicos apenas na cultivar RB027040, que se mostrou responsiva a suplementação com Si sob estresse. De modo geral, os teores de H₂O₂ e MDA foram menores nas plantas crescidas com nSi em comparação àquelas dos tratamentos sem nSi, independente do regime hídrico. Esse comportamento foi associado com a maior defesa antioxidante e acúmulo de solutos orgânicos, pois plantas estressadas e suplementadas com nSi mostraram maior atividade das enzimas superóxido dismutase (SOD) e peroxidase do guaiacol (G-POD), bem como de prolina e carboidratos, em comparação a plantas estressadas sem nSi. Como conclusão, a suplementação com nSi aciona efetivamente vias fisiológicas e bioquímicas de defesa que resultam na maior tolerância da cultivar RB027040 ao déficit hídrico. A nSi emerge como alternativa promissora para o manejo sustentável da cana-de-açúcar em regiões susceptíveis à escassez hídrica.